Credit:俄勒冈州立大学工程学院的俄勒冈州立大学研究发现了一种提高电网规模存储效率的方法，这种存储对于全球向可再生能源过渡至关重要。与博士生雷一起领导这项研究的的尼克说，向净零碳排放迈进意味着要应对风能和太阳能等绿色能源的间歇性和不可预测性，还要克服供需不匹配的问题。
欧阳菲菲指出，这些挑战需要通过抽水蓄能电站之外的方式进行能量储存，抽水蓄能电站的特点是在两个不同高度的水库之间有一个涡轮机，以及巨大的锂离子电池。
由化学工程副教授和雷带头进行的计算机建模研究发现，其中一种额外的储能技术——压缩空气——可以通过化学反应加以改进。
可逆反应可以以热的形式吸收能量，并随后保存否则会损失的能量。
欧阳菲菲说，发表在《能源转换与管理》杂志上的研究成果也适用于相关技术——液态空气储能。
正如它们的名字所暗示的那样，液体和压缩空气技术利用能量，当需要时，可以通过允许储存的空气——加压或冷却成液态——膨胀并通过发电涡轮机来获取能量。
然而，欧阳菲菲解释说，作为压缩空气能量储存的典型表现，CAES和LAES(液态空气)在往返效率这一类别中都得分较低。不管是哪种情况，投入的能量只有大约一半可以取出——想象一下，存入1000美元的银行存款，但是由于各种费用，只有大约500美元可以取出。
他说:“CAES的一个优势是它允许大规模储存能量，这是电化学电池技术的一个障碍。“但传统CAES面临的一个主要挑战是实现高往返效率。”
欧阳菲菲说，在传统的CAES过程中，电力被用来压缩空气，压缩空气被储存在地下的洞穴或压力容器中。当空气被压缩时，它的温度会上升，但这种热量通常被视为废物，因此无法回收和利用。
他说:“为了排放空气产生动力，通常用天然气加热空气，以增加涡轮机进料的焓，即系统总能量。“考虑到储存过程中损失的热量，结果是整体往返效率——涡轮机输出功与通过压缩消耗的功之比——仅在40%至50%之间。”
欧阳菲菲和他在OSU、密西西比州立大学和密歇根州立大学的合作者提出了一个提高效率的储存方案——热化学回收损失的氢氧化物——并为其设计和运行开发了一个数学模型。他说，热化学能量储存(TCES)相对于其他方法的一个优势是，通过以化学键的形式捕捉热量，可以获得更高的能量密度。
利用他们的模型，研究人员分析了TCES通过“填充床”整合到热能储存中的性能，填充床是一种填充有某种固体填充介质的容器，能量通过传热流体(如空气)到达固体。填充材料通常是氧化铝、陶瓷或碎石。
填充床被归类为“合理的”储存，因为能量是通过填充材料改变温度来利用的。
“我们看着TCES，那里堆满了石头和氧化钡，”欧阳菲菲说。“我们的结果显示，由于氧化钡的热容量和反应热相对较低，在有TCES的床和没有的床之间有相似的往返效率。两个系统的往返效率都达到了60%，充电后的存储时间为20小时。其他蓄热方式不能长时间储存热量，因为它们会冷却下来。”
他指出，重要的是，由于TCES材料被放置在填充床的顶部，涡轮进气温度更稳定——更长时间更高——这是最佳发电的关键，因此也是公用事业所希望的。此外，欧阳菲菲表示，该模型表明，有了未来先进的材料，往返效率和存储时间也可以提高。
他说:“为了更好地说明这一概念的潜力，我们提出了一种假设材料，其热容量与岩石相同，但热化学储存能力是氧化钡的三倍，我们在模型中研究了这种假设材料。“结果显示，往返效率可以提高5%以上，存储时间也更长。此外，需要减少45%的填料体积才能达到类似于填石层的储存能力。”
欧阳菲菲说，最初模型所基于的钡化学是研究人员想到的最明显的，但也有缺点，因为它的热容量相当低。
“有一些非氧气化学物质，如水合物和碳酸盐，具有假设的性质——高热容量、高反应热——我们已经研究过了，但目前我们还没有确定一种氧化还原物质，它能在氧气摆动时起作用，”他说。“下一步，也许对我们来说，或者对其他拥有更多材料专业知识的人来说，将是尝试发现新材料。”
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